数据模型与数据库系统的结构

第一章数据库概述数据模型与数据库系统的结构第1页本章内容关于数据库基本概念数据模型数据库系统结构数据模型与数据库系统的结构第2页本章教学纲领：掌握数据库概念：DB、DBMS、DBS、DBA以及他们关系了解数据管理技术三个发展阶段（重点了解数据库系统阶段特点）了解数据库术语：数据冗余数据模型三个组成部分（三要素），重点是关系数据模型三要素。数据库系统三级模式结构与其软件体系结构数据模型与数据库系统的结构第3页1.1引言什么是数据库应用系统？基本概念数据管理技术发展（演化）数据库系统特点数据模型与数据库系统的结构第4页经典数据库应用系统

1.MaryRichards房屋粉刷

MaryRichards是一个专业房屋粉刷匠，她拥有并管理一家小企业。该企业包含她自己和另一个专业粉刷匠，在需要时候．还雇佣一些兼职粉刷匠。Mary业务已经进行了，她收费合理(既不廉价．也不昂贵)，并赢得了高质量粉刷匠美誉；Mary业务大部分来自请她粉刷房屋客户重复业务，面且总是从他们那里得到口头参考意见。另外，Mary也有一部分业务来自建筑承包商和专业室内设计企业。－－单用户数据库系统

数据模型与数据库系统的结构第5页2.TrebleClefMusic商店

TrebleClefMusic商店利用数据库应用程序来统计它所出租乐器。因为在高峰期几个销售员可能同时出租乐器，所以这需要一个多用户数据库应用程序。商店经理也需要访问租赁数据库来决定什么时间采购更多结定型号乐器。她在做这件事情时并不想打乱租赁过程。－－多用户数据库系统（局域网）

数据模型与数据库系统的结构第6页数据模型与数据库系统的结构第7页3.州执照颁发和汽车登记局州执照颁发和汽车登记局，有52个进行驾驶员考试、颁发与更新驾驶员执照中心，37个销售汽车牌照办公室。办公室人在办理和更新驾驶员执照前，经过数据库中驾驶员统计查询他们交通违章、事故或被逮捕情况。这些数据用来决定驾驶执照是否能够更新，若能够更新，是否应该有所限制。类似地，汽车登记部门工作人员经过访问数据库来确定一个汽车以前是否登记过，若登记过，是登记给谁，是否有重大问题不能进行这次登记。州税务部门和执法部门工作人员；所以该数据库庞大而且复杂，加有40多个数据表、而且其中一些表包含数十万行数据。－－大型局域网数据库应用系统

数据模型与数据库系统的结构第8页4.Calvert岛预订中心

Calvert岛是加拿大西海岸上一个鲜为人知漂亮岛屿。为了把旅游业扩展到世界市场，Calvert岛商业厅开发了含有三种功效站点；●宣传岛上特色和娱乐机会●为后续邮件宣传而索取并保留站点访问者姓名和地址●索取并保留对旅馆、住房及旅游服务要求，然后把这些要求通报给对应商家

－－Internet数据库应用系统数据模型与数据库系统的结构第9页不一样类型数据库系统特点

数据模型与数据库系统的结构第10页数据数据符号化信息广义：数字、文字、图形、图像、声音数字化数据语义数据模型与数据库系统的结构第11页DB（Database）数据库：长久储存在计算机内、有组织、可共享数据集合。持久化结构化共享数据模型与数据库系统的结构第12页DBMS

数据库管理系统DataBaseManagementSystem管理数据库系统软件基本目标方便有效数据模型与数据库系统的结构第13页DBMS功效数据定义（DDL）数据操纵（DML）数据控制（DCL）数据库维护数据模型与数据库系统的结构第14页DBS数据库系统数据库DBMS＋开发工具应用软件系统人员（数据库管理员DBA、应用程序员、最终用户）数据模型与数据库系统的结构第15页DBA(DataBaseAdministrator)协调用户和开发人员工作参加数据库设计创建用户和授权确保数据库正常运行维护工作数据模型与数据库系统的结构第16页数据库系统组成数据模型与数据库系统的结构第17页数据管理技术发展人工阶段文件系统数据库特点：数据不保留、没有管理软件、没有文件概念、数据面向详细应用特点：以文件形式存放、有了文件系统、程序与数据有一定独立性、统计为单位、数据冗余大、面向特定程序服务特点：数据是公用、共享度高、独立性高、专用管理系统功效更强数据模型与数据库系统的结构第18页数据组1用户1用户2应用程序2应用程序1应用程序3应用程序n用户m……数据组2数据组3数据组n…人工管理阶段科学计算不长久保留应用程序管理数据不共享不含有数据独立性数据模型与数据库系统的结构第19页文件系统阶段用户1用户2应用程序2应用程序1应用程序3应用程序n用户m……数据文件2数据文件1数据文件3数据文件n…文件系统持久性由文件系统管理共享性差、冗余度大数据独立性差数据模型与数据库系统的结构第20页数据库系统阶段用户1用户2应用程序2应用程序1应用程序3应用程序n用户m……数据库管理系统DB储存在计算机系统内有结构数据集合专门进行数据管理软件，功效：定义数据、操纵数据、完整性约束检验、访问控制、并发控制、备份与恢复数据模型与数据库系统的结构第21页数据库系统优点（特点）结构化共享性好、冗余度低数据含有独立性物理逻辑DBMS统一管理和控制同种信息在数据库中重复存放数据模型与数据库系统的结构第22页数据模型与数据库系统的结构第23页1.2数据模型数据模型现实世界数据特征抽象用来描述数据一组概念和定义数据库系统基于某种数据模型抽象、表示、处理数据和信息要求很好地模拟现实世界能在计算机上实现易于了解数据模型与数据库系统的结构第24页数据模型要素数据结构：数据表示方法（数据组织形式）表示数据性质表示数据之间联络数据操作：要求可对数据执行操作及操作规则操作符、含义、规则（优先级别）、实现操作语言等数据完整性约束条件：数据模型应提供定义伎俩，并在操作中自动检验系统静态特征描述、型描述系统动态特征描述数据模型与数据库系统的结构第25页现实世界——关系数据模型过程现实世界数据世界信息世界学生数据模型与数据库系统的结构第26页现实世界信息世界概念模型（信息模型）数据世界DBMS支持数据模型认识、抽象转换逻辑数据模型事物和事物特征，事物间联络数据模型与数据库系统的结构第27页概念模型（与DBMS无关）现实世界到机器数据一个中间层次用于数据库概念设计模型面向用户，模拟现实世界，信息世界建模反应现实世界对象及联络（概念化结构）逻辑数据模型（与DBMS相关）反应全部数据总体逻辑结构物理数据模型（与DBMS/OS相关）反应数据存放结构数据模型与数据库系统的结构第28页概念模型中基本术语实体客观存在并可相互区分事物例：每个学生、每个职员、 学生一次注册、马克思主义。。。实体集同类实体集合，如：全体教师、全部学生注册属性实体某一特征如：姓名、年纪、性别、职称 注册时间、宗教……数据模型与数据库系统的结构第29页E－R模型中基本术语码（Key）能唯一标识实体属性（或属性集合）其任一真子集不含有此属性如：学号、系号、身份证号码。。。域（Domain）属性取值范围，即属性域如：学号域：8位字符串；年纪域：12－75 数据模型与数据库系统的结构第30页E－R模型中基本术语实体型（Entity）用实体名及其属性名集合来描述同类实体，这种形式就是实体型如：学生（学号，姓名，性别，系号）联络（Relationship）实体间相互关联如：学生与课程间选课联络数据模型与数据库系统的结构第31页E－R模型中基本术语联络映射基数（联络阶、连通词）某实体集与另一实体集相联络实体个数一对一（1:1）一对多（1:n）多对多（m:n）数据模型与数据库系统的结构第32页1:1一对一A中每个实体，至多与B中一个实体相联络；反之亦然。则称实体集A与实体集B有一对一联络，记为：1:1。如：班级与正班长、系与系主任。。数据模型与数据库系统的结构第33页1:N一对多A中每个实体，能够与B中N个（N>=0)实体相联络；反之,A中每个实体，至多与B中一个实体相联络，则称实体集A与实体集B有一对多联络，记为：1:N。如：班级与学生、系与教师。。。数据模型与数据库系统的结构第34页M:N多对多A中每个实体，能够与B中N个（N>=0)实体相联络；反之亦然,则称实体集A与实体集B有多对多联络，记为：M:N。如：学生与课程、职员与项目。。。数据模型与数据库系统的结构第35页概念模型表示方法常见概念模型：实体－联络数据模型（E－R模型）面向对象数据模型（OO模型）Entity－RelationshipDataModel基于：现实世界有一组称为实体基本对象，以及这些对象间联络组成E－R模型是一个语义模型，力图表示数据意义数据模型与数据库系统的结构第36页E－R表示实体型B实体型A联络名实体型B实体型A联络名实体型B实体型A联络名111nmm数据模型与数据库系统的结构第37页DBMS支持数据模型详细DBMS支持一个数据组织形式（数据结构）实际DBMS支持数据模型层次模型（HierarchicalModel）20世纪60年代末到70年代初网状模型（NetworkModel）20世纪70年代关系模型（RelationalModel）20世纪80年代至今面向对象模型（ObjectOrientedModel）研究开发中数据模型与数据库系统的结构第38页

关系数据模型数据结构：关系（俗称表）几个概念：学生属性(Attribute)元组(Tuple)码（Key）分量数据模型与数据库系统的结构第39页Example：系（系号，系名，系主任，电话）学生（学号，姓名，性别，出生日期，系号）3个数字字符10个汉字字符2个字符男、女1930年—1990年2位年份+系号+班级号+编号域

{

属性取值范围数据模型与数据库系统的结构第40页关系模式中关系六条性质：表中每一项都必须是不可分基本数据项属性间次序无所谓元组间次序无所谓列必须是同质不一样列可出自同一个域任两个元组不能完全相同数据模型与数据库系统的结构第41页关系数据操作集合操作路径对用户透明有严密数学理论作基础查询操作：Select存放操作：插入（Insert）、删除（Delete）、 修改（Update）数据模型与数据库系统的结构第42页完整性约束：

数据须符合条件或数据之间关系关系三类完整性约束：实体完整性参考完整性用户自定义完整性数据模型与数据库系统的结构第43页现实世界——关系数据模型过程学生编号名字年纪性别班级现实世界数据世界信息世界学生数据模型与数据库系统的结构第44页事物和事物特征，事物间联络现实世界信息世界实体和实体属性，实体集实体集间联络数据世界统计和字段（表、片断、分量）认识、抽象转换数据模型与数据库系统的结构第45页三个世界中概念对应关系：一个事物、一类事物、事务各种特征现实世界：实体实体集属性、域、码概念世界：元组关系属性（字段）、候选码(统计)（表）主码、外部码关系数据世界：数据模型与数据库系统的结构第46页1.3数据库系统结构DBMS角度内部体系结构最终用户角度外部体系结构数据模型与数据库系统的结构第47页数据库系统三级模式结构外模式

子模式/用户模式（一个数据库可有多个）数据安全模式逻辑模式是全体数据逻辑结构和特征描述（一个数据库只有一个）内模式物理数据模型特定模式数据存放方式、物理结构

数据模型与数据库系统的结构第48页三级模式结构应用1应用2应用3外模式A外模式B模式内模式物理存放DBMS外模式/模式映像模式/内模式映像OS数据模型与数据库系统的结构第49页模式（Schema）－－是数据库中全体数据在逻辑上视图。以某种数据模型为基础，定义数据库全部数据逻辑结构。外模式（ExternalSchema）－－子模式，是个别用户数据视图。是模式子集。用外模式DDL给出用以定义一个用户数据视图全部语句称为此用户外模式。内模式（InternalSchema）－－存放模式，不但定义了数据库中全部数据物理结构，还定义了数据存放方法、存取策略等。使用内模式DDL。三级模式数据模型与数据库系统的结构第50页映射与数据独立性外模式/模式映射

数据逻辑独立性模式/内模式映射

数据物理独立性数据模型与数据库系统的结构第51页二级映像外模式/模式映像——外模式与模式之间转换－逻辑独立性模式/内模式映像——模式与内模式之间转换－物理独立性一个数据库系统，只有一个模式，一个内模式，但能够有多个外模式，所以一个数据库系统模式/内模式映像唯一，外模式/模式映像不唯一数据库管理系统（DBMS）－－负责数据库统一管理和控制，负责维护、安全性和完整性，是数据库系统关键部分。需要OS支持。数据模型与数据库系统的结构第52页面向用户数据库系统体系结构

远程终端小型机或大型机ModemModem集中式平台（Mainframe-Teminal）：

代—80年代流行

本地终端

远程终端

小型机或大型机数据模型与数据库系统的结构第53页文件服务器模式（F/W模式），或微机局域网模式，80年代流行。

发送回服务器修改过数据文件

发送给用户数据文件 User1 User2DBMSDBAS数据模型与数据库系统的结构第54页客户/服务器模式（C/S）90年代流行操作要求（查询、存放等）返回操作结果DBMSDBAS数据模型与数据库系统的结构第55页在C/S模式中，异构型数据库之间数据怎样实现共享？应用1应用2SQLServerDBFoxproDBOracleDBODBC数据模型与数据库系统的结构第56页RDBMS分类：PC型：DbasefoxbasefoxproVFP、Paradax、Access等大型（服务器型）：MSSQLServer、Oracle、Sybase、DB2、Informix等等。数据管理、开发应用程序界面功效兼而有之非常专业于数据管理，不包括用户界面数据模型与数据库系统的结构第57页上一课内容回顾：几个概念：DB、DBMS、DBS、DBADBMS功效与文件系统相比，DBS特点DBS面向数据三级模式结构DBS面向用户软件体系结构（C/S、B/S）数据模型与数据库系统的结构第58页思索题数据库发展经历了哪几个阶段？数据库系统包含哪些组成部分？数据库系统结构是什么样？物理独立性和逻辑